Evaluating critical design parameters of small airships through analytical tools

Résumé

Les dirigeables sont des aéronefs polyvalents à sustentation par flottabilité, adaptés à des applications allant de l’observation aérienne au transport de marchandises. Contrairement aux dirigeables rigides, les dirigeables non rigides (ou blimps) reposent uniquement sur la pression interne du gaz (généralement de l’hélium, de l’hydrogène ou un mélange des deux) pour maintenir leur forme, offrant ainsi simplicité et adaptabilité, mais au prix d’une sensibilité accrue aux déformations induites par le stress. Ce compromis affecte ultimement d’autres aspects critiques des performances, notamment l’aérostatisme, l’aérodynamique, l’inertie et la rigidité structurelle. Cette étude aborde ces défis en développant un cadre paramétrique complet pour évaluer la portance, la perméabilité, la traînée aérodynamique, la masse ajoutée, la rigidité et l’esthétique. Quatre géométries la sphère, l’ellipsoïde oblat, l’ellipsoïde prolato et le cylindre elliptique sont analysées à l’aide d’outils analytiques personnalisés et commerciaux, les résultats étant validés par des méthodes numériques et analytiques. Les résultats obtenus sont présentés sous forme d’un ensemble de données collectif, accompagnés de plusieurs cas d’utilisation particulièrement pertinents pour des opérations de petite taille ou en intérieur, qui doivent fonctionner efficacement et en toute sécurité dans des espaces confinés et nécessitent souvent une infrastructure minimale. Les conclusions clés révèlent que, parmi les géométries étudiées, les formes sphériques excellent en portance, les ellipsoïdes prolato offrent de meilleures caractéristiques en termes de traînée aérodynamique et de masse ajoutée, les cylindres elliptiques possèdent une rigidité structurelle et des propriétés de masse ajoutée favorables, et les ellipsoïdes oblat présentent un minimum de plis. En intégrant des facteurs moins explorés tels que la perméabilité des matériaux et l’attrait visuel, ce travail élargit les considérations traditionnelles de conception des dirigeables. Le cadre proposé soutient des solutions sur mesure pour des applications intérieures de petite taille et d’autres applications spécifiques, permettant aux nouveaux concepteurs d’équilibrer les compromis entre les différentes performances.

Date	31 mars 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	David St-Onge (Directeur(-trice))